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        水工建筑物抗震設(shè)計的幾點思考

        2021-09-10 05:19:30劉明君
        科技研究 2021年20期
        關(guān)鍵詞:思考

        劉明君

        摘要:面對強震、大斷層等惡劣環(huán)境的控制,受高地下水位、高構(gòu)造應(yīng)力的影響,水工建筑物設(shè)計中存在著許多技術(shù)問題。如果問題得不到及時解決,將直接影響工程的后期建設(shè)。文章針對水工建筑物的抗震設(shè)計進行了研究,提出了可靠的設(shè)計思路。

        關(guān)鍵詞:水工建筑物;抗震設(shè)計;思考

        導(dǎo)言:水工建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜,埋藏深。同時,許多建筑物的地質(zhì)條件復(fù)雜,往往受到地下水位高、結(jié)構(gòu)張力大、地震干擾強、水工建筑物不利等因素的影響。事實上,這給水工建筑物的設(shè)計帶來了很多技術(shù)難題,對水工建筑物設(shè)計的技術(shù)水平提出了更高的要求。此外,地震不僅會對水工建筑物的結(jié)構(gòu)造成破壞,還會對下游人民的人身安全和健康生活造成巨大的潛在風(fēng)險。

        1990年以前,我國水利水電行業(yè)建筑抗震規(guī)范采用了單一安全系數(shù)法。1990年以后,為提高建筑抗震性能,我國技術(shù)部門參照有關(guān)理論,頒布了《能源水利建筑抗震設(shè)計規(guī)范》。該規(guī)范將單因素安全系數(shù)法改為多因素安全系數(shù)法,為水工建筑物抗震設(shè)計提供了更多的技術(shù)支持。然而,由于水工建筑物抗震設(shè)計的復(fù)雜性強,影響因素多,單因素或多因素安全系數(shù)法的最終計算結(jié)果必須與國內(nèi)外的實際設(shè)計經(jīng)驗相吻合。20世紀90年代初,由于當(dāng)時有效設(shè)計樣本較少,一些工程科學(xué)家過分強調(diào)可靠性理論在多因素安全系數(shù)法中的應(yīng)用。在實際設(shè)計過程中,影響水工建筑物安全系數(shù)的因素很多,很難用單一的可靠度理論直接、準確地計算水工建筑物的安全系數(shù)。在此前提下,多因素安全系數(shù)法能充分考慮水工建筑物的水位、荷載組合和材料特性的影響,為水工建筑物的抗震設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。

        1 水工建筑物抗震設(shè)計要點

        1.1注重遵循水工抗震設(shè)計規(guī)范

        現(xiàn)行《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》于1997年修訂,對我國水工建筑物抗震安全設(shè)計起到了重要作用。它有助于保持水工建筑物的整體穩(wěn)定性,避免工程破壞引起的次生災(zāi)害,有效地滿足抗震設(shè)計的要求。同時,自然災(zāi)害供水構(gòu)筑物的抗震設(shè)計帶來了許多新的影響和啟示,也帶來了更多的創(chuàng)新設(shè)計。如在發(fā)生自然災(zāi)害時,經(jīng)預(yù)應(yīng)力錨固處理的橋臺巖體基本能保持穩(wěn)定,而未經(jīng)預(yù)應(yīng)力錨固處理的水工建筑物不能保持穩(wěn)定,工程強度明顯降低。

        1.2 自然災(zāi)害對抗震結(jié)構(gòu)要求

        大量的工程實踐證明,對于項目組來說,工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是必不可少的,因此在地震應(yīng)急預(yù)案中,設(shè)計人員必須保證抗震結(jié)構(gòu)的可靠性。此外,水利工程建筑物大多位于氣候多變、氣象條件復(fù)雜、水文地質(zhì)條件干擾強的地方。在這種情況下,施工和運行往往會帶來很多額外的困難,水工建筑物本身也會受到水的推力、浮力、滲透力和沖刷力的影響,這使得其運行環(huán)境比其他建筑物更加復(fù)雜。因此,設(shè)計人員必須考慮潛在的自然災(zāi)害風(fēng)險,才能有效地提高結(jié)構(gòu)抗震水平,避免自然災(zāi)害后的次生災(zāi)害。

        1.3 自然災(zāi)害對綜合性設(shè)計的要求

        2008年汶川大地震的能量釋放在時間和空間上都很不均衡。因此,為了使水工建筑物能夠應(yīng)對這一級別的自然災(zāi)害,設(shè)計人員在進行抗震計算和分析時必須考慮各水工建筑物的實際地形和地質(zhì)條件。考慮到不同地區(qū)的水工建筑物很少相同,設(shè)計人員應(yīng)充分考慮不同建筑物之間的實際差異,在此基礎(chǔ)上對工程設(shè)計參數(shù)進行調(diào)整。另外,由于許多地震動難以預(yù)先計算,設(shè)計人員應(yīng)加強對地震斷層附近地震動特征的研究,在設(shè)計中更充分地考慮地震斷層、破裂速度、破裂方式、破裂方向等因素的影響,并結(jié)合這些因素進行綜合研究,以滿足抵御自然災(zāi)害的基本設(shè)計要求。

        2 水工建筑物抗震設(shè)計策略研究

        2.1 確定抗震設(shè)防水準框架

        根據(jù)中外水工建筑物抗震設(shè)防水平的差異分析,除加拿大、瑞士、英國外,各國水工建筑物抗震設(shè)防水平均參照ICOLD要求,采用OBE,見兩級設(shè)防。然而,我國目前采用的是單層設(shè)計抗震設(shè)防,對特別重要的建筑物只進行二級設(shè)防因此,建議我國水工建筑物抗震設(shè)計應(yīng)合理確定設(shè)防水平,并結(jié)合設(shè)置框架,將水工建筑物抗震設(shè)計作為一項重要工作。

        2.2 應(yīng)用標準設(shè)計反應(yīng)譜

        在水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中,應(yīng)用標準設(shè)計反應(yīng)譜可以了解地震動的衰減情況,反映不同震級、不同距離的加速度反應(yīng)譜規(guī)律。目前,水利工程設(shè)計人員只能根據(jù)強震記錄的內(nèi)容,了解反應(yīng)譜和震級的規(guī)律性變化,從而計算出地震反應(yīng)譜與震級、距離的衰減關(guān)系,并分析其相關(guān)性。

        在美國西部研究的基礎(chǔ)上,美國研究人員根據(jù)世界173次地震的3500次記錄,了解了地震動衰減關(guān)系。這些記錄是目前最全面的設(shè)計反應(yīng)譜分析結(jié)果。從我國地震活動特征和地質(zhì)構(gòu)造特征出發(fā),發(fā)現(xiàn)這些因素與北美地區(qū)相似。因此,在研究設(shè)計反應(yīng)譜時,也可以參考美國的數(shù)據(jù)記錄。

        2.3 了解混凝土動態(tài)力學(xué)性能

        在水工建筑物抗震設(shè)計過程中,混凝土是建筑物的結(jié)構(gòu)原材料,其動抗壓強度、抗拉強度和彈性模量是水工混凝土結(jié)構(gòu)動力力學(xué)的重要研究參數(shù)。其中,剪拉和彎拉強度是主要研究對象。對于水工結(jié)構(gòu)的抗拉強度,建議混凝土的抗彎強度可通過試件彎曲試驗獲得,混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎強度可參考國外有關(guān)試驗數(shù)據(jù),結(jié)合國外研究人員的試驗經(jīng)驗確定。水工建筑物的動壓、抗拉強度應(yīng)比靜強度至少提高20%。此外,第一次模擬考試還應(yīng)了解水工建筑物地震反應(yīng)的復(fù)雜性,闡明結(jié)構(gòu)材料的塑性特性,分析水工土石壩的動力狀況,并統(tǒng)一模擬條件,保證分析結(jié)果與實際情況的差異縮小。根據(jù)國家提出的工業(yè)設(shè)計規(guī)范,水工建筑物的抗震設(shè)計采用擬靜力法。同時,結(jié)合有限元動力計算方法,實現(xiàn)了水工結(jié)構(gòu)抗震性能的綜合評判。

        結(jié)語

        水工建筑物的受拉條件和邊界條件十分復(fù)雜??紤]到地震本身的復(fù)雜性,水工建筑物的設(shè)計人員需要嚴格按照《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》等設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計,以保證水工建筑物具有良好的抗震能力。此外,考慮到水工結(jié)構(gòu)所用混凝土材料的動力性能,設(shè)計人員可以采用更合理的標準反應(yīng)行為,建立合理的抗震水平框架和抗震密封框架,從而顯著提高水工結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

        參考文獻

        [1]水工建筑物抗震設(shè)計策略探討[J]. 馮少艷. ?建材與裝飾. 2019(23)

        [2]水工結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計[J]. 劉曉嫚,閆毅志. ?中國水運(下半月). 2019(07)

        [3]水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計探討[J]. 李王坤. ?山西水利. 2017(06)

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